Nach der Wiedervereinigung Deutschlands wurde in den 90er Jahren in Ostdeutschland mit OPAL ein modernes Telefonnetz basierend auf Glasfasertechnik aufgebaut. Erst Ende des Jahrzehnts stellte sich heraus, dass die erste Generation der bezahlbaren Breitbandanschlüsse für den Privatanwender - das ADSL - nur auf Kupferkabel eingesetzt werden kann. Aber nicht nur OPAL, sondern auch die ökonomisch orientierten Ausbaupläne der Telekom bezüglich ihres DSL Netzes waren unter anderem der erste Anstoß für die Entstehung von Funknetzen, die über die Grenzen der Grundstücke hinausgingen, um das Internet an Menschen zu bringen, die ansonsten keinen Zugang zu Breitband-Internetanschlüssen hatten. Das OPAL Netz im Osten von Berlin war einer der Auslöser für die Entstehung des ersten Freifunk Netzwerkes in Deutschland. In den folgenden Jahren sind Bürger in vielen Städten und Gemeinden dem Vorbild der Berliner Freifunker gefolgt und haben mit der gewonnen Erfahrung und bewährten Technik eigenständige Netze aufgebaut. Inzwischen ist nicht mehr alleine die Verbreitung von kostenlosen Internetzugängen das Hauptziel der Freifunk Gemeinschaft, sondern die Entstehung eines eigenen Netzes, das entgegen dem Trend des Internets nicht reglementiert und kontrolliert werden soll.
Bereits kurz nach dem Beginn des Freifunk Netzwerkes in Hannover trat der Autor dieser Arbeit der stetig wachsenden Gemeinschaft der Freifunker bei. Aus diesem persönlichen Interesse für die Materie und der Tatsache, dass das Thema Freifunk bislang kaum wissenschaftlich untersucht wurde, begründet sich die Wahl für dieses Thema als Diplomarbeit.
Im Rahmen der Diplomarbeit „Analyse eines Freifunk Netzwerkes“ sollen zunächst die Grundlagen der dem Freifunk zugrunde liegenden Techniken und Protokolle beschrieben werden. Darüber hinaus soll die Arbeit vermitteln, was sich hinter dem Freifunk Projekt verbirgt. Um überhaupt praktische Aussagen über das Freifunk Netzwerk treffen zu können, soll zunächst eine Anbindung an dieses erfolgen. Die dabei gewonnenen Erfahrungen und Erkenntnisse werden ebenfalls in die Arbeit einfließen.
Da eine fundierte Analyse des Freifunk Netzwerkes ohne größeres Datenmaterial nur begrenzt möglich ist, wird eine Software entwickelt, die in der Lage sein soll Daten zu sammeln und zu analysieren. Dabei ist sowohl der praktische Nutzen in Form von Fehlerdiagnostik, als auch der wissenschaftliche Aspekte.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Hintergrund und Motivation
1.2 Ziel der Diplomarbeit
1.3 Aufbau der Arbeit
2 Grundlagen
2.1 Mesh Netzwerk
2.1.1 Vermaschtes Netz
2.1.2 Vermaschte Funknetze
2.1.3 Routing in Mesh Netzwerken
2.2 OLSR
2.2.1 Link State Routing
2.2.2 Optimierungen für Funknetze
2.3 Freifunk
2.3.1 Das Projekt
2.3.2 Pico Peering Agreement
2.3.3 Rechtslage
2.3.4 Freifunk Knoten
2.4 Funkübertragung
2.4.1 ISM Band
2.4.2 Sendeleistung
2.4.3 Störquellen
2.4.4 Strahlenbelastung
3 Analyse
3.1 Freifunk in Hannover
3.1.1 Das Projekt
3.1.2 Topologie des Netzes
3.1.3 Installation des Knotens
3.2 Vorhandene Software
3.2.1 Darstellung mit Google Maps
3.2.2 OLSR-Viz
3.2.3 Freifunk-Statistics
3.2.4 Vergleich
3.2.5 Gewonnene Erkenntnisse
3.3 Daten für die Analyse
3.3.1 Relevante Daten
3.3.2 Absolute Luftfeuchtigkeit
3.3.3 Störung durch benachbarte Funknetze
4 Entwicklung der Software
4.1 Ausgangssituation
4.2 Anforderungsdefinition
4.2.1 Einordnung der Arbeit
4.2.2 Einsatzbereich der Software
4.2.3 Funktionale Anforderungen
4.2.4 Nichtfunktionale Anforderungen
4.2.5 Benutzerschnittstellen
4.2.6 Fehlerverhalten
4.3 Entwurf
4.3.1 Technologiewahl
4.3.2 Architektur
4.3.3 Entwurf der Datenhaltung
4.3.4 Entwurf des Datensammlers
4.3.5 Entwurf des Web Frontends
4.4 Implementierung und Test
4.4.1 Implementierung des Datensammlers
4.4.2 Implementierung der Datenbank
4.4.3 Implementierung des Web Frontends
4.4.4 Test
4.5 Datenanalyse
4.5.1 Freifunk Verbindungen
4.5.2 Benachbarte Funknetze
4.5.3 Wetterdaten
4.5.4 Konfiguration der Router
5 Abschließende Überlegungen
5.1 Gewonnene Erkenntnisse
5.2 Fazit
5.3 Ausblick
5.3.1 Verbesserte Datenerfassung
5.3.2 Genauere Wetterdaten
5.3.3 Bestimmung der WLan Topographie
5.3.4 Einbindung der Wettervorhersage
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Analyse eines Freifunk-Netzwerkes, wobei primär die Grundlagen der Mesh-Netzwerktechnik und des OLSR-Protokolls theoretisch beleuchtet werden. Da eine fundierte Untersuchung des Netzwerkzustandes ohne umfangreiche Daten nur begrenzt möglich ist, liegt ein zentrales Ziel in der Entwicklung einer Analysesoftware, die Daten automatisiert sammelt und auswertet. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Erforschung der Auswirkungen von Wetterverhältnissen und störenden benachbarten Funknetzen auf die Stabilität des Freifunk-Netzwerks, um so datengestützte Erkenntnisse über das Netzwerkverhalten zu gewinnen.
- Grundlagen von Mesh-Netzwerken und dem OLSR-Protokoll
- Analyse und Vergleich bestehender Monitoring-Software
- Entwicklung und Implementierung eines automatisierten Datensammlers und Frontends
- Untersuchung des Einflusses von Wetterdaten auf die Verbindungsqualität
- Einflussanalyse von benachbarten Funknetzen auf die Netzwerkstabilität
Auszug aus dem Buch
1.1 Hintergrund und Motivation
Nach der Wiedervereinigung Deutschlands wurde in den 90er Jahren in Ostdeutschland mit OPAL ein modernes Telefonnetz basierend auf Glasfasertechnik aufgebaut. Erst Ende des Jahrhunderts stellte sich heraus, dass die erste Generation der bezahlbaren Breitbandanschlüsse für den Privatanwender - das ADSL - nur auf Kupferkabel eingesetzt werden kann. Aber nicht nur OPAL, sondern auch die ökonomisch orientierten Ausbaupläne der Telekom bezüglich ihres DSL Netzes waren unter anderem der erste Anstoß für die Entstehung von Funknetzen, die über die Grenzen der Grundstücke hinausgingen, um das Internet an Menschen zu bringen, die ansonsten keinen Zugang zu Breitband-Internetanschlüssen hatten. Das OPAL Netz im Osten von Berlin war einer der Auslöser für die Entstehung des ersten Freifunk Netzwerkes in Deutschland. In den folgenden Jahren sind Bürger in vielen Städten und Gemeinden dem Vorbild der Berliner Freifunker gefolgt und haben mit der gewonnen Erfahrung und bewährten Technik eigenständige Netze aufgebaut. Inzwischen ist nicht mehr alleine die Verbreitung von kostenlosen Internetzugängen das Hauptziel der Freifunk Gemeinschaft, sondern die Entstehung eines eigenen Netzes, das entgegen dem Trend des Internets nicht reglementiert und kontrolliert werden soll.
Bereits kurz nach dem Beginn des Freifunk Netzwerkes in Hannover trat der Autor dieser Arbeit der stetig wachsenden Gemeinschaft der Freifunker bei. Aus diesem persönlichen Interesse für die Materie und der Tatsache, dass das Thema Freifunk bislang kaum wissenschaftlich untersucht wurde, begründet sich die Wahl für dieses Thema als Diplomarbeit.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Entstehung von Freifunk-Netzwerken als Reaktion auf unzureichende Breitbandversorgung und motiviert die wissenschaftliche Untersuchung durch den Autor.
2 Grundlagen: Führt in die Konzepte von Mesh-Netzwerken, das OLSR-Routing-Protokoll, die Struktur von Freifunk-Projekten sowie physikalische Aspekte der Funkübertragung ein.
3 Analyse: Untersucht das spezifische Freifunk-Projekt in Hannover, bewertet bereits existierende Analysesoftware und bereitet die Anforderungen für die zu entwickelnde Lösung vor.
4 Entwicklung der Software: Detailliert die Anforderungsdefinition, den technischen Entwurf, die Implementierung sowie die Testergebnisse des eigens entwickelten Analyse-Softwaresystems.
5 Abschließende Überlegungen: Reflektiert die gewonnenen Erkenntnisse, zieht ein Fazit über die Rolle von Freifunk-Netzen und skizziert mögliche zukünftige Entwicklungen im Bereich der Netzwerkanalyse.
Schlüsselwörter
Freifunk, Mesh-Netzwerk, OLSR, Funkübertragung, Netzwerkanalyse, Datensammler, Funkstörung, WLAN-Topologie, Wetterdateneinfluss, IT-Infrastruktur, Breitbandversorgung, Signalstärke, Leitungsqualität, Knotenverwaltung, Softwareentwicklung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der fundierten Analyse eines Freifunk-Netzwerkes, um dessen Stabilität und Funktionsweise wissenschaftlich zu untersuchen und durch die Entwicklung einer maßgeschneiderten Software besser verständlich zu machen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themenfelder umfassen die Netzwerktechnik (insb. Mesh und OLSR), die rechtlichen Rahmenbedingungen von Freifunk, die physikalischen Einflüsse auf Funkverbindungen sowie die Softwareentwicklung für Monitoring-Zwecke.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Hauptziel ist die Untersuchung von Zusammenhängen zwischen Umwelteinflüssen (wie Wetter) bzw. Störquellen und der Verbindungsstabilität im Freifunk-Netz, um darauf basierend ein systematisches Analysewerkzeug zu schaffen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt eine Kombination aus Literaturrecherche zu Netzwerkprotokollen, empirischen Messungen in der Praxis (z.B. Störungstests mit unterschiedlichen WLAN-Kanälen) und dem softwaregestützten Entwurfsprozess nach dem Wasserfallmodell.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen, die Analyse des existierenden Hannoveraner Freifunk-Netzes, die detaillierte Entwicklung der Analysesoftware inklusive Datenbank-Anbindung und die anschließende datenbasierte Auswertung der Ergebnisse.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Freifunk, Mesh-Netzwerk, OLSR, Netzwerkanalyse, Funkstörungen und IT-Infrastruktur charakterisiert.
Warum wurde für die Störungsanalyse eine eigene Software entwickelt?
Da vorhandene Softwarelösungen oft Insellösungen darstellen und komplexe Zusammenhänge wie den Einfluss von Wetterdaten oder benachbarten Funknetzen auf die Verbindungsstabilität nicht ausreichend verknüpfen, war eine Neuentwicklung zur systematischen Analyse notwendig.
Welche Erkenntnisse konnten bezüglich des Wettereinflusses gewonnen werden?
Es konnte ein deutlicher Anstieg der Störungen (ETX-Werte) bei einer höheren absoluten Luftfeuchtigkeit bzw. Konzentration von Wasserdampf in der Luft nachgewiesen werden, was die Abhängigkeit der Funkstabilität vom Wetter bestätigt.
Welche Rolle spielt die Kanalwahl in der Analyse?
Die Kanalwahl ist entscheidend, da eine starke Anhäufung von Funknetzen auf bestimmten Kanälen (wie Kanal 11) die Störungen signifikant erhöht, was die Umstellung des Freifunk-Netzes auf weniger belastete Kanäle (wie Kanal 1) als korrekt und leistungssteigernd bestätigt.
Wie trägt die Arbeit zum Freifunk-Projekt bei?
Die Arbeit liefert ein Werkzeug, das nicht nur den aktuellen Zustand des Netzwerkes visualisiert, sondern auch durch automatisierte Datenerfassung langfristige Schwachstellen aufdeckt und somit zur Optimierung der Firmware und des gesamten Netzwerkdesigns beitragen kann.
- Quote paper
- Dipl. Inf. Stefan Hosbach (Author), 2007, Analyse eines Freifunknetzwerkes, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/92760
